(57)【要約】【課題】  複数の板状部材から構成される被溶接体の隙間を適正な大きさに保持するレーザ溶接装置、及びレーザ溶接方法を提供する。【解決手段】  車体パネル５のフランジ５ａ，５ｂに向けてレーザ光７を照射するレーザ照射装置９と、レーザ照射装置９を移動させて保持させる移動保持手段と、フランジ５ａ，５ｂを板厚方向に押圧してフランジ５ａ，５ｂ同士の隙間を調整する隙間矯正装置３とを備え、隙間矯正装置３を、フランジ５ａ，５ｂの表面側を押圧する上側押圧装置４３と、裏面側を支持する下側押圧装置４５とから構成したレーザ溶接装置であって、上側押圧装置４３を、フランジ５ａの端縁部５ｃを押圧する第１の上側押圧装置５１と、第１の上側押圧装置５１から所定間隔を隔てて配設された第２の上側押圧装置５３とから構成し、第１及び第２の上側押圧装置５１，５３の間に、レーザ照射装置９によってレーザ光７を照射する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚方向に積層された複数の板状部材からなる被溶接体に向けてレーザ光を照射するレーザ照射手段と、該レーザ照射手段を前記被溶接体に対して所定位置まで移動させて保持させる移動保持手段と、前記被溶接体の板状部材を板厚方向に押圧することによって、レーザ光を照射する部分における板状部材同士の隙間を調整する隙間矯正手段とを備え、前記隙間矯正手段を、前記被溶接体の表面側を押圧する上側押圧装置と、被溶接体の裏面側を支持する下側押圧装置とから構成したレーザ溶接装置であって、
前記上側押圧装置を、被溶接体の端縁部を押圧する第１の上側押圧装置と、該第１の上側押圧装置から所定間隔を隔てて配設され、被溶接体の端縁部の内方を押圧する第２の上側押圧装置とから構成し、これら第１及び第２の上側押圧装置の間に、前記レーザ照射手段によってレーザ光を照射するように構成したことを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項２】
前記上側押圧装置を、前記移動保持手段に固定したことを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接装置。
【請求項３】
前記第１の上側押圧装置に、回動自在に支持された円盤状のローラ部材を設け、該ローラ部材によって被溶接体を挟持したことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ溶接装置。
【請求項４】
前記ローラ部材を、被溶接体の板状部材の板厚方向よりも端縁部側に傾斜させて支持したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ溶接装置。
【請求項５】
複数の板状部材からなる被溶接体の前記板状部材を板厚方向に積層し、これらの板状部材のうち最も表面側に配置された板状部材を長く設定することにより、その端縁部を他の板状部材の端縁からオーバーハングさせるステップと、前記最も表面側に配置された板状部材の端縁部から内方側に所定距離隔てられた部位を、被溶接体の裏面側を支持する下側押圧装置、及び被溶接体の表面側を第２の上側押圧装置によって挟持するステップと、被溶接体の最も表面側に配置された板状部材のオーバーハングした端縁部を第１の上側押圧装置によって押圧することにより、この最も表面側の板状部材を表面側に向けて凸状に変形させるステップと、この状態で、前記第１の上側押圧装置及び第２の上側押圧装置の間の被溶接体の部位に向けてレーザ光を照射するステップとを含んでなるレーザ溶接方法。
【請求項６】
前記第１の上側押圧装置に、回動自在に支持された円盤状のローラ部材を設け、該ローラ部材によって被溶接体を挟持することを特徴とする請求項５に記載のレーザ溶接方法。
【請求項７】
前記ローラ部材を、被溶接体の板厚方向に対して斜めに傾斜させることにより、板状部材のオーバーハングした端縁部を斜め上方から押圧することを特徴とする請求項５又は６に記載のレーザ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の板状部材からなる被溶接体にレーザ溶接を施すレーザ溶接装置及び該レーザ溶接装置を用いたレーザ溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、自動車の車体パネル同士にレーザ光を照射することによって車体パネル同士を接合するレーザ溶接が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このレーザ溶接に用いるレーザ溶接装置は、レーザ光を被溶接体に向けて照射するレーザ照射手段と、該レーザ照射手段を照射したい位置に移動し、被溶接体からの焦点距離を維持する移動保持手段と、レーザ光を照射する部位の板状部材同士の隙間を矯正する隙間矯正装置とから構成されている。そして、前記レーザ照射装置を被溶接体から所定距離隔てて焦点距離を維持し、高出力レーザ光を被溶接体に向けて照射し、この照射の際に生成されるキーホールを利用し、被溶接体を局所的に溶融して板状部材同士を接合させている。
【特許文献１】特開平１１−１２３５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記背景技術によるレーザ溶接技術においては、被溶接体を構成する板状部材の初期状態、及び隙間矯正装置による加圧状態によって板状部材同士の隙間は変動するため、溶接品質が安定しないという問題があった。
【０００５】
つまり、板状部材同士の隙間が大きすぎると、レーザ光を照射しても板状部材同士が十分に接合されない一方、隙間が小さすぎて板状部材同士が密着すると、被溶接体の材質が例えば亜鉛メッキ鋼板の場合は、レーザ光を照射することにより発生した亜鉛蒸気によって板状部材に空孔が生成してしまう。このように、板状部材同士の隙間が適正な大きさに維持されないと溶接品質が安定せず、被溶接体の接合強度もバラツクおそれがあった。なお、従来の隙間矯正装置は、被溶接体の一点のみを押圧することになっていたため、溶接部における隙間の制御を図ることは困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は、複数の板状部材から構成される被溶接体の隙間を適正な大きさに保持するレーザ溶接装置、及びレーザ溶接方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明に係るレーザ溶接装置は、板厚方向に積層された複数の板状部材からなる被溶接体に向けてレーザ光を照射してこれらの板状部材同士を接合するレーザ照射手段と、該レーザ照射手段を所定の位置まで移動させ、その位置に保持させる移動保持手段と、前記被溶接体の板状部材を板厚方向に挟持することによって、溶接部における板状部材同士の隙間を調整する隙間矯正手段とを備え、前記隙間矯正手段を、前記被溶接体の表面側を押圧する上側押圧装置と、被溶接体の裏面側を支持する下側押圧装置とから構成したレーザ溶接装置であって、被溶接体を構成する最も表面側の板状部材の端縁部を他の板状部材よりもオーバーハングさせ、前記上側押圧装置を、オーバーハングさせた前記端縁部を押圧する第１の上側押圧装置と、該第１の上側押圧装置から所定間隔を隔てて配設され、被溶接体の端縁部の内方を押圧する第２の上側押圧装置とから構成し、これら第１及び第２の上側押圧装置の間に、前記レーザ照射手段によってレーザ光を照射するように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るレーザ溶接装置によれば、被溶接体の最も表面側に配置された板状部材の端縁部を押圧するため、板状部材が表面側に向けて凸状に湾曲し、他の板状部材との間に適正な隙間が形成される。従って、例えば亜鉛メッキ鋼板等をレーザ溶接する場合に亜鉛蒸気が発生しても、ブローホールが生じることがなく、良好な溶接品質が得られる。また、初期状態の被溶接体の形状に応じて、隙間矯正手段によって所定の隙間量を確保することができる。さらに、従来は溶接品質のバラツキを考慮して被溶接体の大きさを長く設定していたが、この溶接品質が安定化することにより、被溶接体の長さを短く設定することができ、コスト低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施形態によるレーザ溶接装置１を示す側面図であり、図２は図１の隙間矯正装置３を拡大した側面図である。
【００１１】
前記レーザ溶接装置１は、被溶接体である車体パネル５に向けてレーザ光７を照射するレーザ照射装置（レーザ照射手段）９と、該レーザ照射装置９を前記車体パネル５に対して移動させて、所定の位置に保持する移動保持装置１１と、前記車体パネル５のフランジ５ａ，５ｂを板厚方向に押圧することによって、レーザ光７を照射する部分におけるフランジ５ａ，５ｂ同士の隙間を調整する隙間矯正装置（隙間矯正手段）３とを備えている。
【００１２】
前記移動保持装置１１は、フロア１３に設置され、複数の軸から構成された多関節のハンドリングロボット１５と、該ハンドリングロボット１５の先端のハンド部１７に取り付けられた支持治具１９を介して上下に摺動自在に取り付けられたフローティング装置２１とから構成されている。また、軸２３，２５，２７はハンドリングロボット１５の前後方向（図１の左右方向）に回動自在に構成されており、軸２９はハンドリングロボット１５の左右方向（図１の紙面の表裏方向）に回動自在に構成されている。
【００１３】
前記支持治具１９は、略Ｌ字状に形成されており、一端がハンドリングロボット１５のハンド部１７に固定され、他端がフローティング装置２１に固定されている。このフローティング装置２１は、前記支持治具１９に取り付けられた固定治具３１と、該固定治具３１に直動機構３３を介して摺動自在に取り付けられたエアシリンダ３５とから構成されている。
【００１４】
前記レーザ照射装置９は、図示しないレーザ光発生装置に光ファイバケーブル３７を介して接続されており、光ファイバケーブル３７の端部から送出されたレーザ光７は、上下方向に間隔を隔てて配設された２つのレンズ３９，４１を介して車体パネル５のフランジ５ａ，５ｂに集光及び照射される。また、レーザ照射装置９は前記エアシリンダ３５に固定されており、該エアシリンダ３５と共に上下に移動自在に構成されている。これによって、レーザ照射装置９をフランジ５ａ，５ｂに対して適正な焦点位置に移動させることができ、レーザ照射装置９から送出されたレーザ光７がフランジ５ａ，５ｂの表面において集光される。
【００１５】
前記隙間矯正装置３は、図２に示すように、前記フランジ５ａの表面側を押圧する上側押圧装置４３と、フランジ５ａ，５ｂの裏面側を支持する下側押圧装置４５とから構成されている。また、上側フランジ５ａの端縁部５ｃは、下側フランジ５ｂの端縁から外方に突出してオーバーハングされており、上側フランジ５ａの端縁部５ｃの裏面側には下側フランジ５ｂがない。
【００１６】
また、前記上側押圧装置４３は、上側フランジ５ａの端縁部５ｃを下方に押圧する第１ローラ４７を有する第１の上側押圧装置５１と、この第１ローラ４７から上側フランジ５ａの端縁部５ｃから内方側に所定距離離れた部位を押圧する第２ローラ４９を有する第２の上側押圧装置５３とから構成されている。さらに、第１ローラ４７は、フランジ５ａ，５ｂの板厚方向に対して、上方にいくにつれてフランジ５ａ，５ｂの外方に向けて傾斜角θ分だけ傾斜している。即ち、二点鎖線で示したレーザ光７の外形は下方に向かうにつれて徐々に先細りとなるような形状をしているが、前記第１ローラ４７はこのレーザ光７の外形と略平行な傾斜角θとなっている。そして、第２ローラ４９も、二点鎖線で示すレーザ光７の外形に略平行な傾斜角に設定されており、これらの第１ローラ４７及び第２ローラ４９は支軸を介して回動自在に支持されている。なお、前記第１ローラ４７は傾斜した状態で支持されているが、フランジ５ａ，５ｂに対して面直に支持するようにしても良い。また、前記第２ローラ４９は、上方から見てレーザ光７の照射位置９及び第１ローラ４７よりも溶接方向に対してやや進行側（図２の紙面の手前側）に配置されており、第２ローラ４９の下端は第１ローラ４７の下端よりもやや上方に配置されている。そして、第１ローラ４７は、上方から見て、溶接方向に対してレーザ光７の照射位置とほぼ同一の位置に配置されている。
【００１７】
さらに、下側フランジ５ｂの裏面側は下側押圧装置４５によって支持されている。この下側押圧装置４５は、左右に配設された径の大きい大ローラ５５と、これらの大ローラ５５の間に設けられた小ローラ５７とから断面略Ｈ状に形成されており、小ローラ５７と下側フランジ５ｂとの間には隙間が形成されている。また、下側押圧装置４５は、リニアガイドと圧力シリンダとが組み合わされた直動機構５９（図１参照）を介して、略水平方向及び上下方向に移動自在に支持されている。
【００１８】
前記構成を有するレーザ溶接装置１を用いて、フランジ５ａ，５ｂにレーザ溶接を施す手順を簡単に説明する。
【００１９】
まず、図１に示すフローティング装置２１を作動させてエアシリンダ３５を下方に移動させると、エアシリンダ３５に固定されている第２ローラ４９も下方に移動し、図３に示すように、第２ローラ４９と下側押圧装置４５の大ローラ５５とによってフランジ５ａ，５ｂを上下から挟持する。また、このとき、第１ローラ４７も同時に下方に移動して上側フランジ５ａの端縁部５ｃを軽く押圧する。
【００２０】
次いで、図４に示すように、エアシリンダ３５を更に下方に移動させると、第１ローラ４７が上側フランジ５ａの端縁部５ｃを更に下方に押圧するため、上側フランジ５ａの端縁部５ｃは角部を起点にして上方に湾曲し、下側フランジ５ｂの表面から僅かに離れて隙間が形成される。
【００２１】
こののち、図５に示すように、前記レーザ照射装置９の先端から、フランジ５ａ，５ｂにおける第１ローラ４７と第２ローラ４９との間の被溶接部位に向けてレーザ光７が照射される。
【００２２】
前述したように、本実施形態のレーザ溶接装置１及びレーザ溶接方法によれば、以下の作用効果を奏する。
【００２３】
前記第１ローラ４７で上側フランジ５ａの端縁部５ｃを下方に押圧し、上側フランジ５ａの被溶接部近傍を凸状に湾曲させることができるため、上側フランジ５ａと下側フランジ５ｂとの間に上下方向の隙間を形成することができる。この被溶接体である車体パネル５の材質として、例えば亜鉛メッキ鋼板を用いた場合、レーザ光７をフランジ５ａ，５ｂに照射すると、従来は上側フランジ５ａと下側フランジ５ｂとの間の溶接部に気化した亜鉛蒸気が発生してフランジ５ａ，５ｂに空孔が形成されるが、前述のように、上側フランジ５ａと下側フランジ５ｂとの間には隙間が形成されているため、この隙間が亜鉛蒸気の逃げ道となり亜鉛蒸気による空孔の生成を防ぐことができる。
【００２４】
前記上側押圧装置４３は、第１の上側押圧装置５１と第２の上側押圧装置５３とから構成されており、これらの第１の上側押圧装置５１と第２の上側押圧装置５３を共にフローティング装置２１を介して、移動保持装置１１を構成するハンドリングロボット１５のハンド部１７に取り付けているため、ハンドリングロボット１５を作動させることによって、レーザ照射装置と共に上側押圧装置４３も同時に作動させることができ、非常に効率的である。
【００２５】
また、第１の上側押圧装置５１に板厚の薄い円盤状の第１ローラ４７を設けているため、上側フランジ５ａの端縁部５ｃのみを確実に押圧することができる。
【００２６】
さらに、第１ローラ４７をフランジの板厚方向に対して傾斜して配設しているため、上側フランジ５ａの端縁部５ｃを確実に押圧することができ、また、レーザ光７の照射を妨げることがない。
【００２７】
また、溶接部に対応する下側フランジ５ｂと下側押圧装置４５の小ローラ５７との間には隙間が形成されているため、レーザ溶接を施した場合に、下側押圧装置４５にレーザ光７が照射されることがなく、下側押圧装置４５が損傷することがない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態によるレーザ溶接装置の全体を示す概略図である。
【図２】図１における隙間矯正装置近傍を拡大して示す正面図である。
【図３】本発明の実施形態によるレーザ溶接方法において第２の上側押圧装置で被溶接体を表面側から押圧している状態を拡大して示す正面図である。
【図４】本発明の実施形態によるレーザ溶接方法において第１の上側押圧装置で被溶接体を表面側から押圧している状態を拡大して示す正面図である
【図５】本発明の実施形態によるレーザ溶接方法において被溶接体にレーザ光を照射している状態を拡大して示す正面図である
【符号の説明】
【００２９】
１…レーザ溶接装置
３…隙間矯正装置
５…車体パネル（被溶接体）
５ｃ…端縁部
７…レーザ光
９…レーザ照射装置（レーザ照射手段）
１１…移動保持装置（移動保持手段）
４３…上側押圧装置
４５…下側押圧装置
４７…第１ローラ（ローラ部材）
５１…第１の上側押圧装置
５３…第２の上側押圧装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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